地球物理仪器在矿产勘探中承载着地震数据采集、数据处理、数据解释等作用,地震数据的采集是最为关键和基础的一个环节。因此,担任地震数据采集的地震检波器其各方面性能指标成为了大家持续关注的问题。MEMS无线地震检波器因其分布式无线勘探、高精度数据采集以及体积小等特点,成为常用的地震检波器。但在野外实施地震勘探的时候,对于仪器最大的要求往往就是其稳定性和最大工作时长。所以,降低MEMS地震检波器的功耗、增加工作稳定性是问题的关键。在模拟集成电路中,放大器是基本的构成单元,在很多模拟集成电路系统中也起着至关重要的作用。由此可见,仪器的低功耗设计在很大程度上就是相应放大器的低压低功耗设计,放大器电压和功耗降下来就能够保证仪器在同等供电量的情况下维持更久的工作时间,给野外施工带来巨大的优势。因此,本文设计了三款应用于MEMS地震检波器中的低压低功耗的运算跨导放大器。本文的设计思路为:使用CMOS技术中的衬底驱动技术实现低压,同时使用亚阈值技术实现电路的低电流供电,从而达到运放的低功耗的目的。在使用衬底驱动技术以及亚阈值技术的同时,针对此类运放跨导不足、带宽不够的问题提出了一些创新的电路技术,包括:提出的低压低功耗I型运放采用辅助放大器和正反馈技术,实现了随着CMOS工艺降低衬底驱动电路跨导反而提升的作用,并且这种跨导的提升还是可调节的;设计的低压低功耗的跨导提升II型运放改变了传统衬底驱动电路的输入级,提出了一个新的输入级电路结构,提高了电路的有效跨导;设计的低压低功耗的跨导提升III型运放从新的角度出发,合理有效地利用了MOS管衬底的“背栅效应”,将输入信号同时耦合到输入MOS的栅极和衬底端,有效地提高了电路的跨导,并且这种电路结构十分稳定。通过Cadence仿真软件对设计的三类低压低功耗的运放进行仿真验证和版图设计,最终成功研制一款适用于MEMS地震检波器中低压低功耗的运放芯片,实测结果表明,设计的放大器性能符合要求。